铝箔板上印刷廉价太阳能电池板技术亮相

铝箔板上印刷廉价太阳能电池板技术亮相

在铝箔板上印刷廉价太阳能电池板的技术近日亮相，这将成为太阳能产业中的一个里程碑。

纳诺太阳能技术的关键是铜，铟，镓和硒化物夹层，这种夹层板的厚度仅相当于现在太阳能光电市场使用的硅板的百分之一。该技术的巨大潜力打动了谷歌建立者瑟吉?布林和拉里?佩奇，从技术发展早期，二人就成为了该项目的天使投资者。

两个声明成就了纳诺太阳能公司的首次亮相：该公司有40亿美金的合同在手，他们的太阳能板每瓦特产能售价1美金。这一价格和现在世界通用的化石燃料价格相比很有竞争力。

特别是这种技术可以避免建设火电站和特种那样巨大电站时的种种困难，在邻近城市的地方建许多小些的太阳能电站成为人们的又一选择。

“像我们的产品这样的太阳能板有很高的投资回报率，配置可以从2兆瓦到20兆瓦任意选择。如果用电量急剧上升，这样的市政电厂可以在六个月内建成并直接向当地电网输电，而不需要大规模的输电电网投资。”太阳能公司的CEO马丁?罗思切森在给“连线”网站的邮件中写到。“火电和核能在投资回报率和快速投产方面都没办法与之匹敌。”

由于该项太阳能技术被视为一项真正意义上的“突破”，从20世纪80年代早期开始，薄膜太阳能技术就已经成为美国替代能源研究的主要关注领域。硅电池易于生产，性能可靠，效率也很高，但一些研究人员认为硅电池也有其固有的缺陷。生产硅电池比薄膜太阳能电池要用到更多的硅。而且即使它能达到40%的光电转化率，其效率也远低于化石能源燃料。

国家可再生能源实验室在20世纪九十年代一直致力于薄膜太阳能的研究，但在似乎没什么技术能在实验室以外凑效。事实证明真正生产薄膜太阳能电池十分困难。

2005年第一太阳能公司以一种碲化镉薄膜电池杀入太阳能市场。他们的生产成本迅速下降，他们还拿到了几十亿美金的合同。就在前两天，他们还与中国官方签订了一项20亿瓦特的合同。现在投资者们认为第一太阳能公司的市值比美国特种、德尔塔特种和联邦特种三家的总和还要高。第一太阳能公司已经成为纳诺太阳能公司的最大障碍和目标。

纳诺太阳能公司与其他公司的最大不同之处就是他们将半导体粘结在金属箔的技术很特别。绝大多数公司都需要在真空环境下进行各种操作，而纳诺太阳能公司能直接将太阳能电池印刷在金属箔上。

“他们与其他公司的区别在于他们发明了一种不需要真空环境生产太阳能电池板的技术。”国家可再生能源实验室薄膜太阳能研究员米格?康特亚说。“说起来似乎很普通，我要指出的是这种湿化学技术能为其在固定设备投资方面节省大量资金。”

这种太阳能电池的基板铝箔量大价廉，这就是公司在原材料和生产方面的优势。

今年早些时候，第一太阳能公司宣称他们开始生产价格低于1美金每瓦特的太阳能电池。纳诺太阳能公司表示他们的价格可以更低。纳诺还在最近的白皮书中将第一太阳能公司作为目标，并声称他们的“系统平衡成本”（除太阳能电池板本身以外的所有其他原料）更低。

对于一家还没有投入商业化生产的公司这样讲似乎是在说大话，但纳诺公司已有5亿美金风险投资和一些前沿技术在手。除了他们已赢得的合同，他们还宣布国家可再生能源实验室测试证实纳诺的电池是效率最高的印刷太阳能电池，转化率达到了16.4%。

即使太阳能公司间的竞争正在升温，在不断扩大的可再生能源市场里还是有许多市场空间。市场竞争能促进技术进步和生产成本降低，这些对于太阳能提倡者们来说都是好消息。在二十世纪九十年代早期太阳能生产主要成本降低以后，太阳能模块的平均成本就没再大幅降低过。

如果想第一太阳能公司和纳诺太阳能公司这样的公司持续壮大，他们会将太阳能的平均价格降低到可以与化石燃料箱竞争。第一太阳能公司今年将生产十亿瓦特的太阳能电池板。纳诺公司的产量相对很小。他们有可生产640兆瓦特电池板的设备，并且产量也将在目前每月1兆瓦特的基础上逐步提高。采用渗透汽化术扩大生产可能会遇到些困难，但罗思切森很有信心。

“投产还有很多事情，除非解决所有的问题，否则想每月生产一百万电池根本不可能。”他说，“这也是为什么我们的生产人员认为从0到1兆瓦特的过程比从1兆瓦到100兆瓦的扩产挑战还要大。”

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在铝箔上生长纳米柱可制造光伏电池成本仅为基于单晶硅的1/10

美国研究人员开发出一种新型太阳能电池技术，这种太阳能电池可通过在铝箔上生长直立的纳米柱来制成，将整个电池封装在透明的胶状聚合物内后就能制作出可弯曲的太阳能电池，成本低于传统的硅太阳能电池。

领导此项研究的美国加州大学电气工程和计算机科学教授阿里·杰威表示，与传统硅和薄膜电池相比，纳米柱技术可使研究人员使用更为廉价和低质的材料。更重要的是，该技术更适于在薄铝箔上制作出可卷曲的太阳能电池板，从而降低了制造成本。一旦获得成功，其生产成本将可低至单晶硅太阳能板的1/10。

这种太阳能电池是通过将统一的500纳米高的硫化镉嵌入碲化镉薄膜中制成的，这两种材料均是薄膜太阳能电池中经常使用的半导体。杰威及其同事在《自然·材料》上发表的报告称，此种电池将光能转换为电能的效率可达6%。此前，也有科学家使用了这种立柱设计思想，但其方法较为昂贵，且光电转换效率不到2%。

在传统太阳能电池中，硅吸收光并产生自由电子，这些电子必须在受困于材料的缺陷或杂质前到达电路。这就要求使用极为纯净、昂贵的晶体硅来制造高效光伏装置。

纳米柱就承担了硅的职责，纳米柱周围的材料吸收光并产生电子，纳米柱将其运送到电路。这种设计以两种方式来提高效率：紧密封装的纳米柱捕捉柱间的光，帮助周围的材料吸收更多的光；电子以非常短的距离穿越纳米柱，因此没有太多的机会受困于材料的缺陷。这意味着可以使用低质量的廉价材料。

有科学家使用不同的纳米结构来制作这种太阳能电池。比如，哈佛大学化学教授查尔斯·里波尔研发了一种包含硅芯和同心硅层各异的纳米线；加州大学伯克利分校的杨培东则开发出了带有氧化锌纳米线的染料敏化太阳能电池。这些纳米线太阳能电池的光电转换效率已达到了4%。

杰威及其同事制作的纳米柱电池首次使用经氧化处理的铝箔，创建出呈周期性分布的200纳米宽小孔，这些小孔作为硫化镉晶体直立生长的模板。然后，对碲化镉和顶端电极饰以铜和金的薄膜。它们通过一块玻璃板和电池相连，或是将其顶端投入聚合物溶液使其弯曲。

乔治亚理工学院的材料学和工程学教授王中林评价说，将纳米材料工程设计与制造柔性可弯曲高效太阳能电池的各种软基板技术集成在一起，这是一个令人兴奋的进展。美国国家可再生能源实验室负责太阳能电池研究的物理化学家阿瑟·诺兹克则表示，这种电池要与由硅、碲化镉和其他材料制成的柔性薄膜太阳能电池进行竞争，其卖点可能不在于其柔性，而是成本优势。

目前，研究人员正在探索使用可提高转换效率的材料。例如，顶端的铜—金层现在仅有50%的透明度，如果可让所有的光都透过，其效率就可增加一倍。因此，研究人员正计划使用像氧化铟这样的透明导电材料。另外，利用其他半导体材料作为纳米柱及其周围材料也在研究人员的考虑之中，这样的制作工艺能适于更广范围的半导体材料，其他材料组合亦可能会提高效率，更重要的一点则是可以避免镉的毒性问题。